Ученые приближаются к созданию по-настоящему непотопляемых кораблей
Инженеры создали металлические трубы, которые не тонут, даже если в них пробить множество отверстий, приближая идею по-настоящему непотопляемых кораблей к реальности.
Спустя более 100 лет после катастрофы «Титаника» идея кораблей, которые не могут затонуть, продолжает стимулировать инженерные исследования. Ученые из Института оптики Рочестерского университета сделали значительный шаг к этой цели, разработав метод, который делает обычные металлические трубы фактически непотопляемыми. Эти трубы остаются на плаву независимо от того, как долго они находятся под водой или насколько сильно они повреждены.
Как ученые превращают алюминий в плавающий металл
Исследование возглавил Чунлей Го, профессор оптики и физики и старший научный сотрудник Лаборатории лазерной энергетики Рочестерского университета. Го и его команда подробно изложили свои результаты в исследовании, опубликованном сегодня (27 января) в журнале Advanced Functional Materials. Их подход включает в себя тщательное травление внутренней поверхности алюминиевых труб для создания микроскопических и наноразмерных ямок. Эта текстурированная поверхность становится супергидрофобной, то есть она сильно отталкивает воду и остается сухой.
Задержанный воздух удерживает трубки на плаву
Когда одна из обработанных трубок погружается в воду, водоотталкивающая внутренняя поверхность задерживает внутри стабильный воздушный слой. Этот слой воздуха предотвращает заполнение трубки водой и ее затопление. Этот процесс имитирует стратегии, встречающиеся в природе, например, у пауков-ныряльщиков, которые переносят пузырьки воздуха под водой, или у огненных муравьев, которые соединяются вместе, образуя плавающие плоты, используя свои водонепроницаемые тела.
«Важно отметить, что мы добавили перегородку посередине трубки, так что даже если вы опустите ее вертикально в воду, пузырек воздуха останется внутри, и трубка сохранит свою плавучесть», — говорит Го.
Улучшенная конструкция с большей устойчивостью
Группа Го впервые продемонстрировала супергидрофобные плавающие устройства в 2019 году, используя два водоотталкивающих диска, герметично соединенных для создания плавучести. Хотя эта ранняя конструкция была эффективной, у нее были ограничения. При экстремальных углах диски могли терять способность оставаться на плаву. Новая конструкция на основе трубок проще и гораздо стабильнее, особенно в турбулентных условиях, подобных тем, которые встречаются в открытой воде.
«Мы тестировали их в очень суровых условиях в течение нескольких недель и не обнаружили ухудшения их плавучести», — говорит Го. «В них можно проделать большие отверстия, и мы показали, что даже если сильно повредить трубки, проделав в них как можно больше отверстий, они все равно будут плавать».
От плавучих плотов к возобновляемой энергии
Исследователи продемонстрировали, что несколько трубок можно соединить для образования плотов, открывая возможности для таких применений, как корабли, буи и плавучие платформы. Лабораторные испытания включали трубки разной длины, достигающие почти полуметра. По словам Го, эту концепцию можно масштабировать для поддержки более тяжелых нагрузок, необходимых для реального использования.
Команда также исследовала, как плоты, построенные из этих сверхгидрофобных трубок, могут улавливать энергию океанских волн. Этот подход указывает на потенциально новый способ генерации возобновляемой электроэнергии с использованием прочных плавучих конструкций.
